Vehículo de lanzamiento de satélite polar

El vehículo de lanzamiento de satélites polares (PSLV) es un vehículo de lanzamiento de carga media desechable diseñado y operado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO). Fue desarrollado para permitir que India lanzara sus satélites indios de detección remota (IRS) en órbitas sincronizadas con el sol, un servicio que, hasta la llegada del PSLV en 1993, solo estaba disponible comercialmente en Rusia. PSLV también puede lanzar satélites de pequeño tamaño a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO).

Algunas cargas útiles notables lanzadas por PSLV incluyen la primera sonda lunar de India Chandrayaan-1, la primera misión interplanetaria de India, Mars Orbiter Mission (Mangalyaan) y el primer observatorio espacial de India, Astrosat.

PSLV ha ganado credibilidad como proveedor líder de servicios de viajes compartidos para satélites pequeños, debido a sus numerosas campañas de despliegue de múltiples satélites con cargas útiles auxiliares, generalmente viajes compartidos junto con una carga útil principal india. Hasta junio de 2022, PSLV ha lanzado 345 satélites extranjeros desde 36 países. El más notable de ellos fue el lanzamiento del PSLV-C37 el 15 de febrero de 2017, que desplegó con éxito 104 satélites en órbita heliosincrónica, triplicando el récord anterior de Rusia por el mayor número de satélites enviados al espacio en un solo lanzamiento, hasta el 24 de enero. 2021, cuando SpaceX lanzó la misión Transporter-1 en un cohete Falcon 9 que transportaba 143 satélites en órbita.

Las cargas útiles se pueden integrar en una configuración en tándem empleando un adaptador de lanzamiento dual. Las cargas útiles más pequeñas también se colocan en la plataforma del equipo y en los adaptadores de carga útil personalizados.

Desarrollo

Los estudios del grupo de planificación del PSLV bajo la dirección de S Srinivasan para desarrollar un vehículo capaz de llevar una carga útil de 600 kg a una órbita sincrónica solar de 550 km desde SHAR comenzaron en 1978. Entre las 35 configuraciones propuestas, se eligieron cuatro; en noviembre de 1980, una configuración de vehículo con dos correas en un propulsor principal (S80) con una carga de propulsor sólido de 80 toneladas cada uno, una etapa líquida con una carga de propulsor de 30 toneladas (L30) y una etapa superior llamada Sistema Perigeo-Apogeo (PAS) estaba siendo considerado.

En 1981, aumentó la confianza en el desarrollo de naves espaciales de teledetección con el lanzamiento de Bhaskara-1, y los objetivos del proyecto PSLV se actualizaron para que el vehículo entregue una carga útil de 1000 kg en un SSO de 900 km. A medida que se reafirmó la transferencia de tecnología del motor de cohete Viking, se seleccionó una nueva configuración más liviana con la inclusión de una etapa de propulsión líquida. La financiación se aprobó en julio de 1982 para el diseño finalizado, empleando un solo núcleo sólido S125 grande como primera etapa con seis arneses de 9 toneladas (S9) derivados de la primera etapa SLV-3, segunda etapa de combustible líquido (L33), y dos etapas superiores sólidas (S7 y S2). Esta configuración necesitaba mejoras adicionales para cumplir con los requisitos de precisión de inyección orbital de los satélites IRS y, por lo tanto, la etapa terminal sólida (S2) se reemplazó con una etapa de combustible líquido alimentada a presión (L1.8 o LUS) impulsado por motores gemelos derivados de los motores de control de balanceo de la primera etapa. Además de aumentar la precisión, la etapa superior líquida también absorbió cualquier desviación en el rendimiento de la tercera etapa sólida. La configuración final del PSLV-D1 para volar en 1993 fue (6 × S9 + S125) + L37.5 + S7 + L2.

Los sistemas de navegación inercial son desarrollados por la Unidad de Sistemas Inerciales de ISRO (IISU) en Thiruvananthapuram. La propulsión líquida para la segunda y cuarta etapa del PSLV, así como los sistemas de control de reacción (RCS), son desarrollados por el Centro de Sistemas de Propulsión Líquida (LPSC) en Valiamala, cerca de Thiruvananthapuram, Kerala. Los motores de combustible sólido se procesan en el Centro Espacial Satish Dhawan (SHAR) en Sriharikota, Andhra Pradesh, que también lleva a cabo operaciones de lanzamiento.

El PSLV se lanzó por primera vez el 20 de septiembre de 1993. La primera y la segunda etapa funcionaron como se esperaba, pero un problema de control de actitud provocó la colisión de la segunda y la tercera etapa en la separación, y la carga útil no logró alcanzar la órbita. Después de este contratiempo inicial, el PSLV completó con éxito su segunda misión en 1994. El cuarto lanzamiento del PSLV sufrió una falla parcial en 1997, dejando su carga útil en una órbita más baja de lo planeado. En noviembre de 2014, el PSLV había lanzado 34 veces sin más fallas. (Aunque el lanzamiento 41: agosto de 2017, PSLV-C39 no tuvo éxito).

PSLV continúa apoyando los lanzamientos de satélites indios y extranjeros, especialmente para satélites de órbita terrestre baja (LEO). Ha sufrido varias mejoras con cada versión posterior, especialmente las relacionadas con el empuje, la eficiencia y el peso. En noviembre de 2013, se utilizó para lanzar la Mars Orbiter Mission, la primera sonda interplanetaria de la India.

En junio de 2018, el Gabinete de la Unión aprobó ₹6131 millones de rupias (770 millones de dólares estadounidenses) para 30 operaciones vuelos del PSLV previstos entre 2019 y 2024.

ISRO está trabajando para entregar la producción y operación de PSLV a la industria privada a través de una empresa conjunta. El 16 de agosto de 2019, NewSpace India Limited emitió una invitación a licitar para la fabricación de PSLV en su totalidad por industrias privadas. El 5 de septiembre de 2022, NewSpace India Limited firmó un contrato con Hindustan Aeronautics Limited y Larsen & Toubro lideró el conglomerado para la producción de cinco vehículos de lanzamiento PSLV-XL luego de que ganaran una licitación competitiva. Según este contrato, tienen que entregar su primer PSLV-XL en un plazo de 24 meses y los cuatro vehículos restantes cada seis meses.

Descripción del vehículo

El PSLV tiene cuatro etapas, utilizando sistemas de propulsión sólidos y líquidos alternativamente.

Primera etapa (PS1)

La primera etapa, uno de los propulsores de cohetes sólidos más grandes del mundo, transporta 138 t (136 toneladas largas; 152 toneladas cortas) de propulsor unido a polibutadieno terminado en hidroxilo (HTPB) y desarrolla un empuje máximo de aproximadamente 4800 kN (1.100.000 lb_f). La carcasa del motor de 2,8 m (9 ft 2 in) de diámetro está hecha de acero martensítico y tiene una masa en vacío de 30 200 kg (66 600 lb).

El control de cabeceo y guiñada durante la primera etapa de vuelo lo proporciona el sistema de control de vector de empuje de inyección secundaria (SITVC), que inyecta una solución acuosa de perclorato de estroncio en el escape S139 divergente desde un anillo de 24 puertos de inyección para producir un empuje asimétrico. La solución se almacena en dos tanques cilíndricos de aluminio amarrados al motor de cohete sólido central y presurizados con nitrógeno. Debajo de estos dos tanques SITVC, también se adjuntan módulos Roll Control Thruster (RCT) con un pequeño motor líquido bipropulsor (MMH/MON).

En el PSLV-G y el PSLV-XL, el empuje de la primera etapa se aumenta con seis propulsores sólidos acoplados. Cuatro propulsores están iluminados desde el suelo y los dos restantes se encienden 25 segundos después del lanzamiento. Los propulsores sólidos llevan 9 t (8,9 toneladas largas; 9,9 toneladas cortas) o 12 t (12 toneladas largas; 13 toneladas cortas) (para la configuración PSLV-XL) de propulsor y producen 510 kN (110 000 lb_f) y 719 kN (162 000 lb_f) de empuje respectivamente. Dos elevadores de correa están equipados con SITVC para un control de actitud adicional. El PSLV-CA no utiliza refuerzos con correa.

La separación de la primera etapa cuenta con la ayuda de cuatro pares de retrocohetes instalados entre etapas (1/2L). Durante la puesta en escena, estos ocho cohetes ayudan a alejar la etapa agotada de la segunda etapa.

Segunda etapa (PS2)

La segunda etapa está propulsada por un solo motor Vikas y transporta 41,5 t (40,8 toneladas largas; 45,7 toneladas cortas) de propulsor líquido almacenable en la Tierra: dimetilhidracina asimétrica (UDMH) como combustible y tetróxido de nitrógeno (N₂ O₄) como comburente en dos tanques separados por un mamparo común. Genera un empuje máximo de 800 kN (180 000 lb_f). El motor tiene cardán (±4°) en dos planos para proporcionar control de cabeceo y guiñada mediante dos actuadores, mientras que el control de balanceo lo proporciona un motor de control de reacción de gas caliente (HRCM) que expulsa los gases calientes desviados del generador de gas del motor Vikas.

En el escenario intermedio (1/2U) de PS2 hay dos pares de cohetes vacíos para mantener la aceleración positiva durante la puesta en escena de PS1/PS2 y también dos pares de retrocohetes para ayudar a alejar el escenario gastado durante la puesta en escena de PS2/PS3.

La segunda etapa también transporta cierta cantidad de agua en un tanque toroidal en su parte inferior. El rocío de agua se usa para enfriar los gases calientes de Vikas' generador de gas a unos 600 °C antes de entrar en la turbobomba. Los tanques de combustible y agua de la segunda etapa están presurizados con helio.

Tercera etapa (PS3)

La tercera etapa utiliza 7,6 t (7,5 toneladas largas; 8,4 toneladas cortas) de propulsor sólido HTPB y produce un empuje máximo de 250 kN (56 000 lb_f). Su duración de grabación es de 113,5 segundos. Tiene una caja de fibra de Kevlar-poliamida y una boquilla sumergida equipada con una boquilla cardán con sello de rodamiento flexible con vector de empuje de ±2° para control de cabeceo y guiñada. El control de balanceo lo proporciona el sistema de control de reacción (RCS) de cuarta etapa durante la fase de empuje, así como durante la fase de deslizamiento combinado en la que el PS3 quemado permanece unido al PS4.

Cuarta etapa (PS4)

La cuarta etapa está propulsada por motores gemelos refrigerados de forma regenerativa, que queman monometilhidracina (MMH) y óxidos mixtos de nitrógeno (MON). Cada motor alimentado a presión genera un empuje de 7,4 kN (1700 lb_f) y tiene un cardán (±3°) para proporcionar control de cabeceo, guiñada y balanceo durante el vuelo propulsado. El control de actitud de la fase costera lo proporcionan seis propulsores 50N RCS. El escenario está presurizado con helio y transporta hasta 2500 kg (5500 lb) de propulsor en el PSLV y PSLV-XL y 2100 kg (4600 lb) en el PSLV-CA.

En la misión PSLV-C29/TeLEOS-1, la cuarta etapa demostró por primera vez la capacidad de reencendido, que se utilizó en muchos vuelos posteriores para desplegar cargas útiles en múltiples órbitas en una sola campaña.

Como medida de mitigación de desechos espaciales, la cuarta etapa del PSLV se pasiva al ventilar el vapor presurizante y propulsor después de lograr los objetivos principales de la misión. Tal pasivación evita cualquier fragmentación o explosión no intencional debido a la energía interna almacenada.

Escenario de PS4 como plataforma orbital

PS4 ha llevado cargas útiles alojadas como AAM en PSLV-C8, Rubin 9.1/Rubin 9.2 en PSLV-C14 y mRESINS en PSLV-C21. Pero ahora, PS4 se está ampliando para que sirva como una plataforma orbital de larga duración después de completar la misión principal. PS4 Orbital Platform (PS4-OP) tendrá su propia fuente de alimentación, paquete de telemetría, almacenamiento de datos y control de actitud para las cargas útiles alojadas.

En las campañas PSLV-C37 y PSLV-C38, como demostración, PS4 se mantuvo en funcionamiento y se monitoreó durante más de diez órbitas después de entregar la nave espacial.

PSLV-C44 fue la primera campaña en la que PS4 funcionó como plataforma orbital independiente durante un período breve, ya que no había capacidad de generación de energía a bordo. Llevaba KalamSAT-V2 como carga útil fija, un cubesat de 1U de Space Kidz India basado en el kit Interorbital Systems.

En la campaña PSLV-C45, la cuarta etapa tenía su propia capacidad de generación de energía, ya que se incrementó con una matriz de células solares fijas alrededor del tanque de propulsor de PS4. Tres cargas útiles alojadas en PS4-OP fueron: Analizador de potencial de retardo avanzado para estudios ionosféricos (ARIS 101F) de IIST, carga útil AIS experimental de ISRO y AISAT de Satellize. Para funcionar como plataforma orbital, la cuarta etapa se puso en modo estabilizado por giro utilizando sus propulsores RCS.

En la campaña del PSLV-C53, el PS4-OP se denominó Módulo experimental orbital del PSLV (POEM) y albergaba seis cargas útiles. POEM fue la primera plataforma orbital basada en la cuarta etapa del PSLV que se estabilizó activamente utilizando propulsores de gas frío basados en helio después de la misión principal y la pasivación de la etapa.

Carenado de carga útil

Carenado de carga útil de PSLV, también conocido como su "Heatshield" consta de una sección superior cónica con tapa de morro esférica, una sección central cilíndrica y una sección inferior de cola de barco. Con un peso de 1.182 kilogramos (2.606 lb), tiene 3,2 metros de diámetro y 8,3 metros de altura. Tiene construcción Isogrid y está hecho de aleación de aluminio 7075 con una tapa de acero de 3 mm de espesor. Las dos mitades del carenado se separan mediante un sistema de lanzamiento basado en un dispositivo pirotécnico que consiste en mecanismos de separación horizontal y lateral. Para proteger la nave espacial de daños debido a cargas acústicas excesivas durante el lanzamiento, el interior del escudo térmico está revestido con mantas acústicas.

	Etapa 1	Etapa 2	Etapa 3	Etapa 4
Pitch	SITVC	Motor Gimbal	Boquilla Flex	Motor Gimbal
Yaw.	SITVC	Motor Gimbal	Boquilla Flex	Motor Gimbal
Roll	RCT y SITVC en 2 PSOMs	Motor de control de reacción de gas caliente HRCM	PS4 RCS	PS4 RCS

Variantes

ISRO ha previsto una serie de variantes de PSLV para satisfacer los diferentes requisitos de la misión. Actualmente hay dos versiones operativas del PSLV: el núcleo solo (PSLV-CA) sin motores con correa y la versión (PSLV-XL), con seis motores con correa de longitud extendida (XL) que transportan 12 toneladas de HTPB. propulsor a base de cada uno. Estas configuraciones proporcionan amplias variaciones en las capacidades de carga útil de hasta 3800 kg (8400 lb) en LEO y 1800 kg (4000 lb) en órbita heliosíncrona.

PSLV-G

El estándar o "Genérico" La versión del PSLV, PSLV-G, tenía cuatro etapas que usaban sistemas de propulsión sólida y líquida alternativamente y seis motores acoplados (PSOM o S9) con una carga propulsora de 9 toneladas. Tenía capacidad para lanzar 1.678 kg (3.699 lb) a 622 km (386 mi) en una órbita heliosincrónica. PSLV-C35 fue el último lanzamiento operativo de PSLV-G antes de su interrupción.

PSLV-CA

El modelo PSLV-CA, CA que significa "Core Alone", se estrenó el 23 de abril de 2007. El modelo CA no incluye los seis refuerzos con correa que usa el PSLV. variante estándar, pero dos tanques SITVC con módulos Roll Control Thruster todavía están unidos al costado de la primera etapa con la adición de dos estabilizadores aerodinámicos cilíndricos. La cuarta etapa de la variante CA tiene 400 kg (880 lb) menos de propulsor en comparación con su versión estándar. Actualmente tiene la capacidad de lanzar 1100 kg (2400 lb) a 622 km (386 mi) en órbita heliosincrónica.

PSLV-XL

PSLV-XL es la versión mejorada del vehículo de lanzamiento de satélites Polar en su configuración estándar, potenciada por propulsores de correa estirados más potentes con una carga propulsora de 12 toneladas. Con un peso de 320 t (310 toneladas largas; 350 toneladas cortas) en el despegue, el vehículo utiliza motores más grandes (PSOM-XL o S12) para lograr una mayor capacidad de carga útil. El 29 de diciembre de 2005, ISRO probó con éxito la versión mejorada del refuerzo con correa para el PSLV. El primer uso de PSLV-XL fue el lanzamiento de Chandrayaan-1 por parte de PSLV-C11. La capacidad de carga útil para esta variante es de 1.800 kg (4.000 lb) a la órbita heliosíncrona.

PSLV-DL

La variante PSLV-DL tiene solo dos propulsores con correa con una carga propulsora de 12 toneladas. PSLV-C44 el 24 de enero de 2019 fue el primer vuelo en utilizar la variante PSLV-DL del vehículo de lanzamiento de satélite polar. Es capaz de lanzar 1.257 kg (2.771 lb) a 600 km (370 mi) en una órbita heliosincrónica.

PSLV-QL

La variante PSLV-QL tiene cuatro propulsores con correa iluminados desde el suelo, cada uno con 12 toneladas de propulsor. PSLV-C45 el 1 de abril de 2019 fue el primer vuelo de PSLV-QL. Tiene la capacidad de lanzar 1.523 kg (3.358 lb) a 600 km (370 mi) en órbita heliosincrónica.

PSLV-3S (concepto)

PSLV-3S se concibió como una versión de tres etapas de PSLV sin sus seis refuerzos con correa y la segunda etapa líquida. Se esperaba que la masa total de despegue de PSLV-3S fuera de 175 toneladas con capacidad para colocar 500 kg en una órbita terrestre baja de 550 km.

Perfil de lanzamiento

PSLV-XL:

• El PS1 se enciende en T+0 proporcionando 4846 KN de empuje.
• Dentro de T+1, 4 de los 6 impulsores se alinean en tierra, cada uno produce 703 kN de empuje. 7658k N de impulso total se produce por la propulsión combinada de las PSOM y el PS1.
• En torno a T+23/26, los 2 impulsores no iluminados restantes son de aire-lit que aportan el cohete a su máxima capacidad de empuje.
• En T+1:10, los primeros 4 PSOMs de bajo nivel han agotado su propelente y ahora separa y cae al océano. Los 2 PSOM restantes y el PS1 siguen quemando.
• En T+1:35, los 2 PSOM restantes completan sus 70 segundos queman y separan, dejando el cohete en una configuración Core-Alone.
• En T+1:50, el PS1 ha completado su quemadura de 110 segundos y se separa y el Vikas Engine dentro de los ignitas PS2.
• La segunda etapa se quema alrededor de 130 segundos y alrededor de T+4 minutos, las segundas etapas se apagan y separan.
• La tercera etapa, que es un impulsor sólido de cohetes, y quema 80 segundos y luego costas por el resto del tiempo y alrededor de T+8/10 minutos, se separa y la cuarta etapa se alinea para dar al cohete un empuje final en la órbita.
• Esta quemadura de 4a etapa es muy variable y depende de la masa y el número de cargas de pago y generalmente es de unos 500 segundos de largo. La cuarta etapa puede apagarse alrededor de T+16/18 minutos seguido por el Despliegue de carga.

Historial de lanzamientos

Hasta el 1 de julio de 2022, el PSLV ha realizado 55 lanzamientos, 52 de los cuales alcanzaron con éxito sus órbitas planificadas, dos fallas absolutas y una falla parcial, lo que arroja una tasa de éxito de estilo 94% (o 95% incluida la falla parcial). Todos los lanzamientos se han producido desde el Centro Espacial Satish Dhawan, conocido antes de 2002 como Sriharikota Range (SHAR).

Estado del sistema de lanzamiento

Variante	Lanzamientos	Éxitos	Fallos	Fallos parciales
PSLV-G (Standard)	12	10	1	1
PSLV-CA (Core Alone)	15	15	0	0
PSLV-XL (Extended)	24	23	1	0
PSLV-DL	3	3	0	0
PSLV-QL	2	2	0	0
Total al 20 de julio de 2022	56	53	2	1